Vznik a rozpad superkontinentů na naší planetě se opakují. V jaké fázi se právě nacházíme? Je grantový systém v České republice nastavený dobře a jsme dostatečně kompetitivní na mezinárodním vědeckém poli? S profesorem Karlem Schulmannem jsme se bavili o geologii, cestování, podmínkách pro vědeckou práci v zahraničí i vědci Františku Běhounkovi.
Jak jste se dostal ke geologii, mohl byste zmínit základní milníky ve Vaší kariéře?
Už jako dítě jsem sbíral zkameněliny. Geologii jsem vystudoval na Karlově univerzitě, i když to nebyla má první volba oboru. Zajímaly mě historie a právo. Po studiích jsem pracoval v České geologické službě. Díky následnému angažmá na Karlově univerzitě, kde jsem působil jako profesor a ředitel Ústavu petrologie a strukturní geologie, jsem začal navazovat spolupráci se zahraničními pracovišti. Od mala tíhnu k frankofonnímu prostředí. Díky spolupráci s francouzskými kolegy jsem v roce 1995 získal angažmá na univerzitě ve Štrasburku, o sedm let později jsem tam působil jako profesor již naplno.
Přibližte nám vznik Centra pro výzkum litosféry, ve kterém působíte.
V roce 2012 jsem získal návratový grant MŠMT v rámci iniciačního programu „Návrat“ určeného pro vědce působící v zahraničí. Díky tomu jsme při České geologické službě začali budovat specializované vědecké pracoviště Centrum pro výzkum litosféry. Centrum sídlí v Praze a ve většině v něm dnes působí mladí zahraniční odborníci. Mezinárodní spolupráci dále rozvíjíme. Osobně stále přednáším na štrasburské univerzitě a spolupracuji s dalšími zahraničními pracovišti, v prvé řadě v Hong Kongu a dále pak ve Spojených státech, Austrálii, Španělsku, Švýcarsku, Velké Británii, Číně a Mongolsku. V Čechách nejvíce spolupracujeme s Karlovou univerzitou a Akademií věd.
Na video představující činnost a projekty Centra se můžete podívat zde.
Prolíná se činnost České geologické služby a Centra pro výzkum litosféry do každodenního života? Má nějaké aplikované výsledky?
Česká geologická služba poskytuje expertní podporu státní správě a informační služby veřejnosti, je velmi pokroková, co se technického vybavení i nových trendů týká. Její profil je široký. Odborníci se zabývají například hydrogeologií, stabilitou svahů, nerostnými surovinami, krajinným prostředím nebo třeba ukládáním radioaktivních odpadů. Instituce se stala stabilním poradním orgánem vlády ČR.
Informace o České geologické službě můžete zhlédnout také na tomto videu.
Těší mě, že vedení České geologické služby podporuje ale i základní výzkum. Výzkumná činnost Centra pro výzkum litosféry probíhá převážně v zahraničí – hlavně v Asii a dnes už také v severní Africe. Zde se věnujeme také environmentálním a rozvojovým projektům s přesahem do školicí a vzdělávací činnosti.
Konkrétní průnik činnosti našeho Centra s aplikovanou vědou existuje zejména v oblasti zkoumání nerostných surovin. Jedná se o zkoumání procesů vedoucích ke vzniku, zániku či recyklaci ložiskových akumulací ve vazbě na vznik a rozpad superkontinentů, které pak v praxi umožní jejich efektivnější vyhledávání a průzkum. V ohnisku zájmu ložiskových geologů jsou zejména zlato a měď, dále pak tzv. vzácné zeminy, které představují stále velmi málo pochopenou oblast spojenou s růstem zemské kůry, a přitom jsou zásadními prvky pro současný technologický rozvoj včetně elektromobility a dekarbonizace.
Pokud jde o vzdělávání, do Centra přicházejí na dlouhodobější pobyty doktorandi i magisterští studenti ze zahraničních univerzit a podílejí se na vzniku společných publikací. Naopak naši pracovníci mají možnosti využívat laboratorní metody, které sami nemáme, na zahraničních univerzitách. Jde o oboustranně velmi výhodnou spolupráci.
Mezinárodní konference k 60. jubileu prof. Schulmanna na zámku Třešť u Jihlavy, 2018
Centrum pro výzkum litosféry rozvíjíte i díky projektům Grantové agentury České republiky. Nedávno jste dokončil standardní projekt GA ČR, který byl hodnocen jako vynikající. A v současné době řešíte projekt EXPRO. Co konkrétně zkoumáte?
Sledujeme růst superkontinentů a jejich interakci se světovými oceány ve dvou regionech – ve střední Asii a na území mezi Evropou a severní Afrikou. Tyto dvě oblasti jsou totiž zcela odlišné, co se jejich vzniku týká. Ve zmíněném excelentně řešeném projektu Kontrastní mechanizmy růstu superkontinentu Pangea: nový pohled na tvorbu kontinentální kůry jsme zkoumali především asijský region. Výzkumy probíhaly převážně v Mongolsku, na jihu Ruské federace a v severní Číně.
Jak často vlastně dochází ke vzniku a rozpadu superkontinentů?
Přibližně každých cca 750 milionů let se na naší planetě shluknou všechny kontinentální bloky a tím vznikne jeden superkontinent obklopený světovým oceánem. Nejmladší superkontinent se jmenuje Pangea. My se aktuálně nacházíme v průběhu jeho rozpadu před tím, než se pravděpodobně znovu spojí. Mechanismy procesu rozpadu a aglomerace nejsou přesně známy, nevíme, proč se tak děje. Můžeme ale říci, že v historii naší planety existovaly čtyři hlavní superkontinenty. První se jmenoval Sklavie. O něm toho víme nejméně. Před asi 15 lety byl objeven a popsán druhý superkontinent Columbie. Třetím byla Rodinie a čtvrtým již zmíněná Pangea.
Kontinentální změny jsou spojené s explozí i zánikem života na Zemi. Můžete nám k tomu říct více?
Superkontinentální cykly jsou spojené se změnami chemického složení oceánů a výraznými klimatickými změnami. Například vznik velikého kontinentu zvaného Gondwana, který zahrnoval území dnešní Jižní Ameriky, Afriky, Arábie, Indie, Austrálie a Antarktidy, a byl intermezzem mezi vznikem Rodinie a Pangey, vedl k explozi života. A co bylo jejím pravděpodobným důvodem? Při kolizi velkých geologických megabloků vzniklo pohoří o délce asi 14 tisíc kilometrů s odhadovanou topografií dosahující himalájských výšek. Druhotným produktem byla extenzivní eroze pohoří vedoucí k obrovské akumulaci kontinentálních sedimentů. Například celou Antarktidu a Austrálii pokryly až dva kilometry tohoto přírodního materiálu, který byl dále odnášen do oceánů, což změnilo jejich chemismus a kromě jiného navýšilo množství vápníku a některých izotopů nutných pro život. Mořští živočichové měli najednou dostatek materiálu pro tvorbu ochranných schránek. Superkolize navíc vznikla v relativně teplém oceánu, i to bylo pro explozi života příznivé.
Vznik Pangey naopak souvisí s největším známým vymřením života na planetě vůbec. V té době, asi před 250 miliony let, pravděpodobně zmizelo až 90 procent veškeré, zejména oceánské, světové biomasy. Rozsáhlá a dlouhodobá sopečná aktivita spojená s aglomerací Pangey pravděpodobně způsobila nejprve dlouhotrvající vulkanickou zimu, následovanou změnou složení atmosféry s extrémním nárůstem obsahu oxidu uhličitého a metanu ve vzduchu. To vedlo k výraznému skleníkovému efektu a globálnímu zvýšení teploty až o 10°C společně se silným odpařováním vody a zvýšením salinity oceánů.
Aktuálně se nacházíme asi v polovině cyklu, kdy začínáme pozorovat znaky odpovídající budoucímu sjednocování superkontinentů. K tomu by mohlo dojít asi za dalších 300 milionů let.
Mongolská Gobi – obvyklé napajedlo velbloudů
V jakém období byla formována fauna a flora tak, jak je známe dnes?
Během rozpadu Pangey v průběhu druhohor, tj. před cca 200 miliony let. Rozpadem se vytvořily bloky, které se od sebe na jižní polokouli začaly velmi rychle oddalovat. Afrika, Jižní Amerika, Antarktida a Indie původně byly součástí jednoho celku zvaného Gondwana. Jeho rozdělení vedlo k obrovské diferenciaci života. Konkrétně můžeme pozorovat třeba rozdíly mezi zvířaty na severní a jižní polokouli. Přitom totožné zkameněliny např. Lystrosaura – býložravého ještěra žijícího před cca 250 miliony let – byly nalezeny jak v Antarktidě, tak v Indii a Číně. Tedy v zemích dnes vzdálených přes deset tisíc kilometrů.
Vysoce výběrový projekt EXPRO, který právě realizujete, se zabývá interakcemi mezi mladými a starými oceánskými systémy. Předmět zkoumání je vědecky zcela unikátní. Proč?
Projekt EXPRO Hlavní mechanismy periferálního kontinentálního růstu během superkontinentálního cyklu aktuálně běží druhým rokem. Zabýváme se aglomerací superkontinentu Pangea, tedy uzavíráním takzvaných „vnitřních“ oceánských domén obklopených kontinenty a jejich následnými kolizemi. Celkově ale platí, že světový „periferní“ Tichý oceán byl a je v dlouhodobém, stamiliony let trvajícím, kontaktu s kontinenty a proto je tato interakce zkoumána nejčastěji. V současné době, kdy pozorujeme největší rozepnutí kontinentálních mas, je však patrné množství kontaktů mezi starou litosférou Tichého oceánu a mladší litosférou „vnitřních“ nově vznikajících oceánů. Zde probíhá spousta dějů, které však zatím neumíme popsat. Z tohoto pohledu je zásadní region střední Asie. Je to jediné místo na planetě, o kterém víme určitě, že zde v minulosti procesy mezi „periferním“ oceánem a „vnitřními“ oceány probíhaly. Geologický archiv zejména Mongolska, Kazachstánu a severní Číny má tak bezprecedentní význam pro pochopení vzniku největšího pohoří na Zemi. Vzniklo zvětšením objemu hornin oceánského původu. Toto pohoří dosahovalo až 20 tisíc kilometrů délky, tvořilo se stovky milionů let a nazýváme jej Středoasijský orogenní pás.
Geologická exkurze v rámci mezinárodní konference POCEEL v létě roku 1999
Jaké nové poznatky může Váš projekt EXPRO přinést?
Zatím není jasné, co se děje mezi oceánskými deskami, třeba mezi Indickým a Tichým oceánem na jedné straně a Atlantikem a Tichým oceánem na straně druhé. A přesně v tom tkví inovativnost našeho výzkumu. Přišli jsme na to, že za příznivých okolností mohlo dojít k nahrazení litosféry vnitřních oceánů Tichým oceánem a „uzamčením“ jeho obrovské části uvnitř superkontinentu Pangea. V této době došlo k bezprecedentnímu nárůstu kontinentální masy ve světovém měřítku a to během velice krátké doby. Například 30 milionů let v našem pojetí je velice krátká doba. A za tuto dobu došlo k nárůstu asijského kontinentu o 30 procent.
Tato období dramatických změn bez současného zničení života otevírají mnohé otázky. Zajímá nás například, jakým způsobem se během amalgamace kůra kontinentálních bloků mění, jak se původně oceánská kůra transformuje na zralou kontinentální kůru a jakým způsobem reaguje s okolní oceánskou litosférou.
Máte zkušenosti s grantovými agenturami podporujícími základní výzkum napříč světem. Jak si podle Vás stojíme v České republice?
Velké zkušenosti mám s francouzskými grantovými agenturami ANR, INSU, Campus France a do určité míry i agenturami v Hong Kongu a Číně. Grantový systém České republiky bych srovnal právě s Hong Kongem, kde jsou podmínky velmi dobře nastavené. Získat grant ve Francii je neobyčejně obtížné zejména díky výzkumným prioritám, a to říkám i přes to, že jsem v minulosti dva projekty realizoval. Český grantový systém vnímám jako mimořádně otevřený, dávající šanci všem odvětvím výzkumu. Myslím si, že vědci s dobrými nápady v jakémkoli oboru i věku zde mají šanci projekt získat, a to opakovaně.
Český vědecký systém – i díky dlouhé socialistické periodě – však ještě není zcela zralý. Rezervy máme v mezinárodní kompetitivnosti. Ta podle mého názoru ještě nedosahuje úrovně vyspělých západních zemí. Třeba Francie se pyšní obrovskou tradicí, co se budování vědeckého stavu týká. Například na univerzitě, kde učím, působí pět laureátů Nobelovy ceny. Postavení vědců ve společnosti je zde úplně jiné, prestižní a také výrazně lépe finančně hodnocené. České vědecké prostředí je stále velmi uzavřené a je zde zakořeněn tzv. inbreeding.
Situace se ale neustále zlepšuje, vědci častěji vyjíždějí do zahraničí, progres je jasný. A na to má, myslím, velký vliv také GA ČR. Důležitá je podle mě podpora mladých vědců, vysoce prestižní jsou třeba nové projekty JUNIOR STAR. EXPRO projekty zase mohou přinést skutečně nějaké rozhodující výzkumné výsledky. Navíc díky nim vzroste šance uspět v grantové soutěži Evropské výzkumné rady.
Za sebe i tým mohu říci, že jsme spokojeni i s komunikací agentury, hodnocením a administrací projektů.
V roce 2018 jste převzal Cenu Františka Běhounka, kterou uděluje ministr školství špičkovým vědcům, studentům a pedagogům. Jaký dojem ve Vás ocenění zanechalo?
O Františku Běhounkovi jsem si hodně nastudoval. Byla to velice zvláštní osobnost. Stal se jedním z prvních doktorandů Marie Curie. Tato vědkyně byla prý velmi nepřístupná, těžko se s ní vycházelo a František Běhounek byl údajně podobný. Byl ale také velmi houževnatý, účastnil se třeba výpravy na Severní pól s Amundsenem nebo tragického letu vzducholodí „Italia“ s Nobilem. Prokazoval neuvěřitelnou vytrvalost. Zároveň byl velký romantik, psal třeba knihy pro děti. Můžeme říci, že byl Panevropan. Pracoval v Norsku, ve Francii a soustavně propagoval tehdy československou vědu ve světě. Zde se, myslím, potkáváme. Osobně jsem se věnoval mnoha evropským projektům, letním školám v rámci evropských programů TEMPUS, Marie Curie ale i řadě bilaterálních projektů mezi Francií, Hong Kongem, Čínou, Alžírskem, Marokem. Mezinárodní spolupráci vnímám jako zásadní. Asi polovina mých studentů dnes pracuje v zahraničí v akademické sféře i průmyslu, což mě těší, a ocenění si samozřejmě velmi vážím.
Udělení Ceny Františka Běhounka, Senát PČR, 2018
Hodně působíte v zahraničí, Vaše výzkumy probíhají po celém světě. Které země Vám nejvíce přirostly k srdci?
Kromě Francie a Hong Kongu mám velmi oblíbené Mongolsko, kam se každoročně vracím. Rád jezdím také do Maroka. Nádherná geologie je k vidění v čínských pohořích. Čína je fascinující také svou komplikovanou historií.
Zůstaňme v domovině. Jaké lokality zde vnímáte z geologického hlediska jako zajímavé a atraktivní?
V Praze určitě zaujme třeba Barrandova skála. Z osobních důvodů miluji Vranovskou skálu ve Vranově nad Dyjí, kde jsem svoji profesní kariéru začal. Zajímavé lokality jsou v Krušných horách – hora Meluzina, skála Sfinx; nepočítaně jich je v Jeseníkách nebo na Kralickém Sněžníku, a to na české i polské straně. Krásných míst zde máme plno. Věnuji se také exkurzím, rád každoročně provádím naší zemí francouzské studenty.
Prof. RNDr. Karel Schulmann, CSc.
Profesor Karel Schulmann je vůdčím mezinárodním odborníkem v oblasti geodynamiky orogenních procesů a tvorby kontinentů. Od roku 2012 je vedoucím Centra pro výzkum litosféry při České geologické službě. Centrum je tvořeno špičkovými českými pracovníky, kteří přišli s prof. Schulmannem ze zahraničí, ale také mladými pracovníky z Velké Británie, Francie, Španělska, Číny, Mongolska i tuzemska. Pracoviště má zásadní vědecký přínos pro rozvoj poznání zemské kůry a pro renomé České geologické služby doma i v zahraničí. Každoročně dosahuje excelentních vědeckých výsledků a jeho publikace jsou mezinárodní komunitou vysoce oceňovány.
Autorka: Mgr. Renata Třísková
Na úvodním obrázku: Mongolsko-česká expedice v jižním Altaji.
Jedny z nejvzácnějších kovových prvků v zemské kůře jsou platinové kovy. Široké uplatnění těchto kovů a jejich sloučenin zejména v chemii katalyticky řízených reakcípřispělo v posledních letech k výraznému snížení jejich zásoby v přírodních zdrojích. Tento fakt, ale i vysoká cena a toxicita platinových kovů přiměla tým profesora Aleše Růžičky k bádání, zda by bylo možné tyto kovy něčím nahradit.
„Jde o dlouhodobý program naší skupiny, kdy se snažíme nahradit koordinační sloučeniny zejména platinových kovů, široce používané v homogenní katalýze pro přípravy a výroby minimálně dvaceti z padesáti komerčně nejúspěšnějších chemikálií, koordinačními sloučeninami kovů hlavních skupin. Důvodem našeho snažení o tuto náhradu je, že při současné spotřebě těchto kovů a jejich zastoupení v zemské kůře budou během několika dalších desetiletí vyčerpány,“ vysvětlil prof. Ing. Aleš Růžička, Ph.D., z Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice.
Nejdůležitějším faktorem bylo naučit kovy hlavních skupin, aby se chovaly jako kovy přechodné, a bylo je tak možné použít jako katalyzátory pro chemické transformace. Takovéto aplikace kovů hlavních skupin nejsou známé a ještě před zhruba dvaceti roky se nikdo nepokoušel ani o základní reaktivitu, natož aplikace v katalýze nebo optoelektronice.
„Tušili jsme, že hlavními faktory pro toto použití jsou elektronické a sterické vlastnosti okolí atomu kovu (ligandy) a jeho oxidační stav. Proto bylo pro nás nejdůležitější vyvinout takové organické ligandy, kterými by bylo možné efektivně dekorovat, odstínit a stabilizovat kovy hlavních skupin jako např. hliník, hořčík, cín, antimon, bizmut a další v nižších oxidačních stavech, než je obvyklé v jejich klasické chemii,“ uvádí profesor Růžička.
Těchto ligandů připravili řešitelé velké množství, zapojili je do koordinačních sfér zmíněných kovů, produkty redukovali a reagovali s různými organickými substráty. „Celý projekt je protkán neskutečným množstvím vedlejších a slepých uliček, které ovšem zároveň otevírají nové směry a poskytly nečekané informace o chování nejen ligandů a kovů hlavních skupin, ale i kovů přechodných,“ uvádí Aleš Růžička.
Levné a netoxické sloučeniny kovů hlavních skupin v nižších oxidačních stavech jsou schopné stejné nebo podobné reaktivity jako koordinační sloučeniny přechodných kovů. Může docházet k dosud nepopsaným aktivacím malých molekul a reakcím nenasycených systémů.
Jeho tým při zkoumání nejvíce překvapila obrovská variabilita chování a reaktivity cílových sloučenin v závislosti na použitých rozpouštědlech, substituci ligandů a kovů, a jejich aktivita v mnoha zajímavých procesech včetně aktivace malých molekul a násobných vazeb.
„Ovšem paradoxně největším neplánovaným překvapením a popřením dosavadně používaných paradigmat jsou výsledky dosažené v chemii zlatných sloučenin, které jsme v kombinaci s našimi ligandy používali pouze jako srovnávací. V této sadě sloučenin se nám podařilo ve spolupráci s kolegy z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy odhalit a změřit disociační energii (sílu) netradiční vazby mezi dvěma atomy zlata, a navíc i popsat vodíkovou vazbu z N-H skupiny na pozitivně nabitý atom zlata, což je dle definic tohoto typu vazeb ´zakázáno´,“ říká profesor Aleš Růžička, jehož tým výsledky tříletého zkoumání využívá i pro další práci.
Těsně před ukončením projektu došlo na základě výsledků prezentovaných na konferencích a v publikacích k okamžitému navázání spolupráce s kolegy z Technické Univerzity v Berlíně. „V současné době již máme tři společné publikace o stabilizaci tak obskurních nekovových center jako Si(0), Si(I)+ a N(I)+ a reaktivitě oxidu uhelnatého, vydané v prestižních chemických časopisech jako Angewandte Chemie – International Edition, Journal of the American Chemical Society a Chemical Communications.“
Prof. Ing. Aleš Růžička, Ph.D., se narodil v roce 1974, vystudoval inženýrský, a poté i doktorský program Anorganická a bioanorganická chemie na VŠChT a na Univerzitě Pardubice, oba pod vedením prof. Jaroslava Holečka. Postdoktorskou stáž v rámci Royal Society/NATO fellowship strávil u prof. Michaela F. Lapperta na Sussex University v Brightonu v roce 2003. V dalších letech vykonal krátkodobé pobyty a přednášel na zahraničních univerzitách (Dijon, Zaragoza, Brusel, Saitama, Zürich, Chemnitz, Graz a KIT Karlsruhe). V rámci svých pedagogických povinností vede kurzy přednášek o aspektech organokovové chemie, pokročilé anorganické chemie, NMR spektroskopie a krystalografie. Podílí se na pořádání řady mezinárodních konferencí, mimo jiných je členem Vědecké rady AV ČR a Učené společnosti ČR.
Kapr je nejen součástí štědrovečerní večeře, ale je také jedním z tradičních obyvatelů českých rybníků. Právě na jejich studium se zaměřili vědci Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích ve svém projektu “Rybníky jako modely pro studium diversity a dynamiky planktonu hypetrofních mělkých jezer”.
Ve světě, kde je potravinová bezpečnost a čistota výroby skutečnou výzvou, jsme si uvědomili staré dobré přednosti chovu ryb v rybnících. Mezi systémy produkce potravin v EU má nejmenší environmentální stopu.
Rybníkářství představuje nejen unikátní formu živočišné výroby, ale může poskytovat i významné ekosystémové služby jako je podpora biodiversity, retence živin, regulace teploty, zadržování vody v krajině či ochranu před povodněmi. Jmenované celospolečenské funkce (a mnoho dalších) mají mnohdy vyšší hodnotu než samotná tržba z prodeje ryb. Produkční hodnota vylovené biomasy ryb činí ∼1043 € ha−1 zatímco ekosystémové služby v rybnících se odhadují na ∼1257 € ha−1 (Obrázek 2). Ekosystémové služby i produkce rybníků samotná je ovšem ovlivněna rybničním hospodařením. Rybářští hospodáři jsou často obviňováni za současný stav rybníků a jsou mnohdy restrikcemi a nařízeními tlačeni ke snížení obsádek až k úplnému zastavení (např. v rezervacích) obhospodařování rybníku. Pokud by ale rybník obhospodařován nebyl, došlo by k přirozené eutrofizaci (akcelerované antropogenními vlivy), končící jeho zazeměním. Přišli bychom tudíž o některé ekosystémové služby, které nám rybník, tedy i rybářské hospodaření, přináší.
Obrázek 1: Výlov rybníka.
Z pohledu čistoty potravin a potravinové bezpečnosti reprezentuje rybníkářství jeden z potenciálně nejekologičtějších způsobů výroby potravin v celé Evropě. Produkce skleníkových plynů při výrobě 1 kg rybího masa je ∼4 x nižší v porovnání s produkcí drůbeže či skotu. Často zmiňované znečištění dusíkem a fosforem z rybničního hospodaření je ∼4–6×, resp. ∼1,5–2,4× nižší zátěž než rostlinná výroba nebo chov hospodářských zvířat (Obrázek 3). Navíc efektivita využití dusíku (bílkovin) a fosforu je u kapra obecného vyšší.
Obrázek 2: Hodnota (v €) pozitivních (pravá strana tečkované čáry) a negativních (levá strana) ekosystémových služeb kaprového hospodářství (Roy a kol., 2020).
Přitom současné rybniční hospodaření (v minulém století silně intenzifikované) stěží splňuje optimální požadavky kapra obecného na fosfor. Paradoxně je rybniční management kritizován (často bohužel právem) za znečišťování životního prostředí. Rybník je totiž komplexní systém. Pokud by byl vhodně obhospodařován, včetně přikrmování, emise by mohly být přinejmenším neutrální. Skrze hlavní transformační článek – zooplankton a zoobentos – by totiž byly živiny z rybníků vhodně transformovány skrze potravní řetězec a vytěženy jako biomasa ryb. Navíc by se bioremediovaly i živiny přitékající do rybníků. Bez rybářských hospodářů a (upraveného) rybničního managementu to tedy nejde. Jenže rybniční akvakultura má svá omezení: na začátku vegetační sezóny je vysoce hodnotný protein z přirozené potravy spotřebován jako energie (a vyloučen jako odpadní dusík) místo toho, aby byl zabudován do biomasy. V této situaci, kdy chybí energie a převažuje protein je role přikrmování obilovinami jako zdroje energie nepostradatelná. V druhé polovině vegetační sezóny je scénář opačný – v nedostatku je přirozená potrava, resp. protein, zároveň rybáři intenzivně přikrmují (většinou obilím). Nastává situace, kde je v nedostatku protein a v nadbytku energie.
Obrázek 3: Znečištění (a) dusíkem a (b) fosforem (Roy a kol., 2020)
To vede k přílišnému ztučnění ryb, které je také nežádoucí. Zároveň vlivem sníženého růstu ryb a nestravitelnosti fytátového fosforu, dochází k nadbytečnému vylučovaní fosforu. Z obou situací vyplývá, že žádoucí je vyvážit poměry živin optimální pro rybu v jednotlivých obdobích vegetační sezóny. Tím se zamezí vylučování nadbytečného fosforu a dusíku do vodního prostředí a sníží se riziko živinového znečištění.
Optimalizací hustoty obsádky a eliminací invazivních druhů ryb (např. Pseudorasbora parva) lze v rybničním ekosystému udržet zooplankton a bentos a vhodným doplněním přirozené potravy přikrmováním lze dosáhnout ekologicky čisté produkce ryb s minimem odpadních látek. Z toho by profitovali jak rybáři, tak vodohospodáři i široká veřejnost. Rybník, důležitý krajinotvorný prvek, by byl vhodně udržován, zároveň by bylo zvýšeno využití přirozené potravy, resp. živin, tím by byly sníženy náklady na přikrmování s lepším přírůstkem. Rybníkářství, jež má dlouholetou tradici a přináší ekosystémové služby celé společnosti, je možné zachovat, zároveň i splnit environmentální nároky dnešní doby.
Obrázek 4: Kapr obecný (Cyprinus carpio)
Odborná literatura Roy, K., Vrba, J., Kaushik, S.J., Mraz, J., 2020. Nutrient footprint and ecosystem services of carp production in European fishponds in contrast to EU crop and livestock sectors. J. Clean. Prod. 270, 122268. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122268
Kontakt: doc. Ing. Jan MRÁZ, Ph.D.; Laboratoř výživy, Fakulta rybářství a ochrany vod, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Na Sádkách 1780; 370 05 České Budějovice; jmraz@frov.jcu.cz /+420 737 221 913
Autoři textu: Kajgrová, L., Roy, K., Vrba, J., Mráz, J.
Digitální přenos textů často proměňuje informace i jejich obsah. Není to ale nic nového. Otázkou sdílení textů v souvislosti s proměnami společnosti v 18. a 19. století se ve svém projektu zabývala trojice vědců Claire Madl, Ph.D., Petr Píša, Ph.D., a Mag. Dr. Michael Wögerbauer z Ústavu pro českou literaturu Akademie věd České republiky.
Společnost v Čechách přešla na přelomu 18. a 19. století ze stavovského uspořádání k uspořádání občanskému s větší sociální mobilitou, kdy jako ideální rozměr kolektivní identity začal být vnímán národ. Současně a v této souvislosti začala čtení ovládat velká většina obyvatelstva, knihy se staly cenově přijatelnými a rozšířila se skupina lidí, kteří četli noviny. Nakladatelé, tiskaři a knihkupci vytvořili infrastrukturu pro sdílení informací, vědomostí a idejí. Zatímco v půli 18. století se v Čechách tisklo omezené spektrum knih a značnou roli hrál dovoz knih cizími knihkupci, v roce 1848 se tiskla široká škála publikací, a to i v češtině. Vycházely už i samostatné noviny a časopisy. V této době se také etabloval větší počet knihkupců, a to i mimo Prahu.
„Doposud však byl tento vývoj znám jen málo, převážně z pohledu českého tiskařství. Základem byla však proměna knihkupectví, které se nadto musí zkoumat napříč jazyky a v mezinárodním kontextu,“ vysvětluje Claire Madl, proč se její tým pustil do projektu s názvem Budování národa čtenářů. Sítě, podniky a protagonisté knižního trhu v Čechách (1749-1848).
Inspirace ve Vídni
„Druhý důvod, proč jsme si vybrali toto téma, souvisí s mezinárodním výzkumným kontextem: kolegové z Vídně iniciovali podobný projekt pro všechny země habsburské monarchie. Byl však dokončen jen pro město Vídeň. Podobný výzkum, byť vždy s poněkud jiným úhlem pohledu, provádí také kolegové v Lipsku a v Paříži. Český knižní trh byl natolik propojen se zahraničím, že mělo smysl tento mezinárodní obraz doplnit o Čechy,“ říká Claire Madl, kterou při bádání překvapila modernost některých otázek, které řešila tiskárna učebnic v 70. a 80. letech 18. století. Jsou mezi nimi například otázky konfliktu zájmů, férovosti veřejných zakázek, cen knih nebo náboženské tolerance. „Snad nejvíc mě překvapilo, jak málo toho víme o začátku 19. století a kolik úplně nového našli kolegové v běžně přístupných fondech – i o pražských poměrech a o v literatuře známých podnicích. Ukazuje se, že když přijdeme s novou otázkou, objevujeme i nové prameny. Náš výzkum rovněž zásadně obohatilo, že fondy Archivu hlavního města Prahy jsou mnohem lépe přístupné než v minulosti. Vůbec jsme netušili, že se budeme muset zabývat knihvazači, protože byli nenahraditelnými prodejci knih,“ uvádí Claire Madl.
Dnešní regulace trhu a společenské poměry jsou oproti přelomu 18. a 19. století velice odlišné. Zůstává nicméně podstata knihy jako kulturní produkt: zároveň komodita i duševní „kvas“.
Česko má nedostatek odborných knihovníků
Doposud se na podobném tématu pracovalo zejména na základě knih dochovaných v knihovnách spíše než na základě archivních fondů. Byli známi tiskaři a nakladatelé, ale méně již knihkupci. „V Čechách je totiž velké množství dochovaných historických knižních fondů a přitom se ve srovnání s jinými zeměmi jen velmi málo investuje do jejich zpracování. Stále je tu nedostatek odborných knihovníků,“ konstatuje Claire Madl. Jak uvádí, její tým pracoval zejména v archivech, což mělo přínos i z kvantitativního hlediska – vzhledem k předchozímu podobnému přehledu se počet knihkupeckých, tiskařských nebo nakladatelských firem, které v projektu řešitelé zachytili, zdvojnásobil.
Učebnice dostali všichni žáci
Ačkoliv knižní trh na přelomu 18. a 19. století limitovala silná regulace, která znamenala nekonečnou sérii zákazů, vyšlo najevo, že se knihy dostaly až na venkov a že byl český trh autonomní, otevřený a odlišný od vídeňského. „Za liberalizace Josefa II. tiskaři a nakladatelé podléhali silné konkurenci a většina jich zkrachovala, přestože inovovali ve způsobu oslovování čtenáře například v novinách nebo díky novým prodejním možnostem, jako byly aukce a půjčovny. Analyzovali jsme dále, jak houževnatě musel jednat ten, kdo tu chtěl založit novou knihkupeckou firmu. A také jak se stalo, že v době ručního tiskařského lisu dostalo učebnici do rukou každé školou povinné dítě,“ zdůrazňuje Claire Madl z Ústavu pro českou literaturu AV ČR.
Claire Madl, Ph.D.
Vystudovala historii a informační vědu v Paříži, doktorát z historie získala na École pratique des hautes études. Věnuje se kulturním a sociálním dějinám 18. století a zabývá se otázkami knižní kultury, dějin čtení, sbírání knih, psaní i vědecké komunikace. Působí ve Francouzském ústavu pro výzkum ve společenských vědách (CEFRES) v Praze a od roku 2015 též v Ústavu pro českou literaturu AV ČR. Je autorkou monografie „Tous les goûts à la fois“. Lesengagements d’un aristocrate éclairé de Bohême (2013). Podílela se na vzniku knih Francouzský švindl svobody: Francouzská revoluce a kontrola veřejného mínění v českých zemích (2013) a Ex oriente amicitia: mélanges offerts à Frédéric Barbier à l’occasion de son 65e anniversaire (2017). Současně se zabývá úlohou knih ve zprostředkování informací, modely a vzory anglických krajinářských zahrad do střední Evropy v rámci dalšího projektu financovaném GA ČR „Krásný Dvůr v kontextu evropských krajinářských parků“ (pod vedením M. Šantrůčkové).
Na úvodním fotu: Tiskařští tovaryši převlečení za postavy Comedia dell arte. Zdroj: Národní archiv
Vědců, kteří se systematicky věnují biosyntéze chlorofylu a fotosyntetických bílkovinných komplexů, není po světe mnoho. Patří k nim ale Ing. Roman Sobotka, Ph.D., z Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR. Na jeden z jeho posledních projektů „Regulace distribuce molekul chlorofylu v buňkách sinic“ poskytla finanční prostředky Grantová agentura České republiky.
Chlorofyl patří mezi tetrapyroly, což je skupina barevných látek – pigmentů, kam náleží i hem, který v naší krvi přenáší kyslík a barví ji do červena. Chlorofyl je sice zelený, ale chemicky se od hemu zas tolik neliší. Jinou skupinou tetrapyrolů jsou biliny jako je bilirubin, který je žlutý a jeho patologické hromadění v těle je projevem žloutenky. Z hlediska evoluce je metabolická dráha, využívaná v buňkách k produkci tetrapyrolů, velmi starým vynálezem, musela se objevit na samém úsvitu života. Hem potřebuje celá řada základních enzymů v buňkách a chlorofyl se objevil v evoluci asi jen o něco málo později spolu s fotosyntézou. Proto jsou tetrapyroly nazývány „pigmenty života“. „Fotosyntéza nám ale postupně napumpovala atmosféru kyslíkem, a vznikl tím problém s biosyntézou tetrapyrolů, který první organismy na Zemi řešit nemusely. Pokud na tetrapyrol jako je chlorofyl posvítíte, absorbuje foton a přeskočí do stavu, kterému se říká excitovaný. Tento stav netrvá dlouho a foton se zase vyzáří. Nicméně pokud se poblíž excitovaného chlorofylu objeví molekula kyslíku, dokáže chlorofylu odebrat část absorbované energie a změnit se na formu zvanou kyslíkový radikál,“ popisuje Ing. Roman Sobotka.
Agarové plotny, na kterých se inkubují mutantní kmeny sinic.
Fascinující robustnost sinic
V laboratoři Mikrobiologického ústavu se tým Romana Sobotky snaží objasnit, jak dokáží fotosyntetické organismy produkovat chlorofyl, zabudovat ho do příslušných bílkovin a přitom se vyvarovat poškození radikály kyslíku. Vědci pracují na jednom typu modelové sinice, která se jmenuje Synechocystis. Ačkoli je sinice de facto bakterie, která dokáže provádět fotosyntézu, výsledky získané na sinicích jsou většinou dobře aplikovatelné i u rostlin a řas. Jako laboratorní model mají ale sinice řadu výhod oproti rostlinám i řasám. U sinic je velmi snadné vypínat a modifikovat geny, genom je jednoduchý, rostou rychle a mají i jiné přednosti.
„Práce na sinicích je docela zábava, vypnout gen trvá pouze několik týdnů. Co mě dlouhodobě překvapuje je robustnost sinic. Celý buněčný aparát na fotosyntézu je velmi složitý a vyžaduje souhru stovek genů. U rostlin je běžné, že vyřazení určitého genu celou fotosyntézu úplně rozbije. Naše modelová sinice většinou nemá s tou samou mutací velký problém. Anebo nám ho kompenzuje tím, že rychle mutuje úplně jiný gen (má 3500 genů), a ty dva poškozené geny dohromady dají zase funkční fotosyntézu. V rámci projektu jsme zjistili, že zdánlivě zcela odlišné mutace, které naruší biosyntézu fotosyntetického aparátu, buňka vždy opraví mutacemi v enzymu, který produkuje hem. Ukazuje to zcela zásadní regulační roli hemu, tedy opět jsme u tetrapyrolů. Snažíme se zjistit, proč se to děje,“ vysvětluje Roman Sobotka.
Každá buňka je takový kotel, který musí neustále trochu hořet, pokud vyhasne, je konec. Život je neskutečně vynalézavý, co se týká dovednosti spálit i velmi mizerné palivo, ale zákony termodynamiky diktují, co už spálit nelze. Bez fotosyntézy by život spálil vše, co lze na Zemi oxidovat, a pak už by pouze živořil, nebo úplně zaniknul. Je nutné si uvědomit, že žádná jiná evoluční inovace, včetně samotného vzniku života, nepřetvořila planetu tak dramaticky jako právě fotosyntéza.
Fotosyntetické komplexy na montážní lince
Fotosystémy jsou velmi složité bílkovinné komplexy, které odpovídají za zásadní reakce fotosyntézy a obsahují mnoho molekul chlorofylu. Jak buňka tyto komplexy produkuje je předmětem intenzivního výzkumu. Podobně, jako když se skládá motor do auta z jednotlivých dílů v určitém pořadí, buňka vyrobí jednotlivé části a vše skládá v přesně definovaných krocích. Na této montáži fotosystémů se podílí řada bílkovin zvaných „assembly“ faktory, ale co konkrétně dělají, se dosud nevědělo. Týmu Romana Sobotky se podařilo prokázat, že minimálně dva faktory se podílí na navázání molekul chlorofylu do bílkovinných podjednotek fotosystému. „To bylo docela nečekané, protože jejich funkce nakonec není ve skládání (assembly), ale v produkci vlastní ‚součástky‘, která obsahuje chlorofyl,“ říká Roman Sobotka.
Tým Romana Sobotky
Ocenění GA ČR i prestižními magazíny „Řešení projektu přineslo nové poznatky týkající se velmi těsné regulace distribuce chlorofylu a syntézy a sestavování fotosystémů I a II u sinice Synechocystis, procesu klíčového z důvodu toxicity volného chlorofylu. Podařilo se také poodhalit organizaci biosyntetických center v buňce, kde probíhá biogeneze fotosystémů. Výstupem řešení projektu je šest publikací v prestižních časopisech. Projekt má tedy mimořádný přínos nejen pro studium fotosyntézy rostlin, ale také pro buněčnou biologii rostlin obecně,“ ocenila vědeckou práci ve svém hodnocení komise GA ČR.
Ing. Roman Sobotka, Ph.D., vystudoval obor genové inženýrství na Zemědělské fakultě Jihočeské univerzity. Vede vlastní vědeckou skupinu v Centru Algatech (Třeboň) Mikrobiologického ústavu Akademie věd České republiky. Zaměřuje se na biosyntézu a funkci fotosyntetických pigmentů a přednáší na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity.
„Překotný vývoj moderní logiky vede často k otázkám, kam se logika ubírá a zda je její směr vůbec správný. Někdy napůl v žertu říkám, že logické teorie na nás chrlí odpovědi, ale úplně nevíme, na jaké otázky,“ říká prof. RNDr. Jaroslav Peregrin, CSc. z Filosofického ústavu Akademie věd České republiky, jehož projekt Logické modely usuzování a argumentace v přirozeném jazyce podpořila Grantová agentura České republiky.
Tým profesora Peregrina, čítající sedm lidí, si v rámci tohoto tříletého projektu vytkl za cíl studovat existující formální jazyky logiky jakožto prostředek studia přirozených jazyků a „přirozené“ argumentace, která se odehrává v nich. „Formální jazyky a kalkuly logiky jsou totiž v podstatě exaktně definované matematické struktury, takže studujeme-li čistě je, studujeme v podstatě jenom důsledky našich definic. Něco jiného je ovšem, když tyto jazyky nahlédneme jako modely přirozených jazyků, v nichž se odehrává naše reálná argumentace – pak nám mohou pomoci získat do struktur této argumentace užitečný vhled,“ vysvětluje profesor Peregrin
Vhled do logiky a filosofický nadhled
V rámci projektu se podařilo ukázat, že vývoj moderní logiky se svým důrazem na formální jazyky přináší zcela nové filosofické problémy, které nejsou jenom novými verzemi starších problémů filosofie logiky, ale jsou bezprecedentní. Většina souvisí se vztahem mezi těmito formálními jazyky a přirozeným jazykem, a specificky s problémem, jak mohou být ty formální brány za modely toho přirozeného. „Podařilo se nám snad i důrazně upozornit na to, žechceme-li se v současné nepřehledné situaci kolem logiky vyznat, musíme neustále pečlivě rozlišovat mezi tím, co platí pro přirozený jazyk jakožto přirozený prostředek usuzování a umělými jazyky jako jeho modely.A to málokdo skutečně dělá,“ říká profesor Jaroslav Peregrin.
Toto zkoumání v sobě kombinuje vhled do matematických výsledků moderní logiky, tak filosofický nadhled nad nimi. Je k němu totiž potřeba, aby se člověk vyznal v matematických vlastnostech umělých jazyků a kalkulů, které v rámci moderní logiky vznikly a které jsou často velmi složité. Například důkaz neúplnosti formálního jazyka aritmetiky, který jako první předložil brněnský rodák Kurt Gödel, patří k těm nejpozoruhodnějším, ale i nejneprůhlednějším matematickým důkazům, se kterými se lze setkat.
„Ambicí našeho oddělení je kultivovat právě tuto jedinečnou schopnost ‚stereoskopického‘ vhledu do logiky. Vzhledem k tomu, že během komunistického režimu tady nic jako takováto filosofická logika fakticky neexistovalo, podařilo se nám, myslím, v tomto směru ujít velký kus cesty,“ podotýká Jaroslav Peregrin.
Myslím a doufám, že logika není se selským rozumem v rozporu – bylo by špatné, kdyby byla. Logika se ovšem zabývá jenom relativně úzkým výsekem lidského uvažování – jeho nejobecnější (a v jistém slova smyslu nepříliš vzrušující) kostrou. Ta kostra je zásadní v tom, že drží všechno ostatní pohromadě, často ji ovšem pod spoustou toho, co je na ní navěšeno, ani nevidíme. A zatímco selský rozum můžeme více či méně používat v konfrontaci s téměř jakýmikoli problémy, příležitosti k přímému použití logiky jsou relativně omezené.
Ocenění GA ČR i úspěch v zahraničí
Projekt „Logické modely usuzování a argumentace v přirozeném jazyce“ byl navržen na Cenu předsedkyně Grantové agentury České republiky. „Projekt je vysoce nadprůměrný jak svými mezinárodními výsledky, tak svým dopadem na domácí odborné bádání a jeho další rozvoj. V prvním z těchto ohledů je třeba vyzdvihnout autorskou monografii profesora Peregrina Philosophy of Logical Systems, vydanou v řadě ‘Studies in Contemporary Philosophy‘ prestižního britského nakladatelství Routledge. Řada dalších studií v zahraničních kolektivních monografiích a recenzovaných časopisech tento úspěch dále dokresluje,“ uvádí se mimo jiné v hodnocení komise. Ta také ocenila složení týmu z několika generací badatelů. Dva doktorandi z týmu v průběhu řešení projektu obhájili své disertační práce.
Prof. RNDr. Jaroslav Peregrin, CSc. je český logik a analytický filosof, jedním z průkopníků propagace analytické filosofie a filosofie jazyka v českém prostředí. Vystudoval Matematicko-fyzikální fakultu University Karlovy. Působí ve Filozofickém ústavu Akademie věd ČR a je profesorem na Filozofické fakultě Univerzity Hradec Králové. Je autorem řady odborných i populárních publikací, mezi nimi například Co je nového v logice, Filosofie a normální lidi, Logika 20. století: mezi filosofií a logikou, Filosofie a jazyk.
Vývoji syntetické metodologie vedoucí k přípravě axiálně a laterálně extendovaných helicenů a dalších aromátů s využitím intramolekulární [2+2+2] cykloisomerizace alkynů se ve svém projektu, podpořeném Grantovou agenturou České republiky, věnoval tým RNDr. Ireny G. Staré z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd České republiky.
V rámci projektu její výzkumný tým studoval fyzikálně chemické vlastnosti těchto unikátních neplanárních aromatických systémů a jejich funkcionalizovaných derivátů. „Pozornost jsme věnovali zejména samoskladbě, krystalovému uspořádání, spektroskopickým (chiroptickým) vlastnostem a měření elektrické vodivosti na úrovni jedné molekuly,“ říká v rozhovoru RNDr. Irena G. Stará, CSc.
Můžete prosím vysvětlit pojmy z názvu projektu „neplanární aromatické systémy“?
Aromatické systémy jsou organické látky mající specifické vlastnosti, jako je určitý počet mobilních pi-elektronů, přítomnost šestičlenných uhlíkových kruhů s dvojnými vazbami, které jsou oproti jiným derivátům, nearomatickým, daleko stabilnější a vyznačují se jinou reaktivitou ve smyslu možných chemických přeměn.
A neplanární?
To je velmi významná vlastnost. Když totiž byly aromatické látky definované jako aromatické, stalo se tak ve třicátých letech minulého století, kritériem aromatičnosti bylo, že musejí být planární, neboli že se jejich uhlíková kostra musí nacházet v rovině. Má to samozřejmě racionální vysvětlení, je tak umožněn efektivní orbitálový překryv. Tato podmínka platí i nadále. Jen s tím rozdílem či upřesněním, že jak se rozšířily možnosti syntetické organické chemie a možnosti strukturní analýzy (především nukleárně magnetické rezonance), jsme dnes schopni v laboratoři připravit aromatické látky se značně komplikovanou strukturou, které nejsou rovinnými útvary, jsou tedy neplanární (vyznačují se jistým pnutím). Co víc, protože jsou neplanární, mohou zaujímat jedinečné uspořádání v prostoru, a jsou tudíž i chirální. Říkáme, že jsou inherentně chirální, protože postrádají obvyklý prvek chirality – asymetrický atom uhlíku. Zmíněné vlastnosti mají velmi zajímavé důsledky.
Proč jste zvolila právě toto téma? V čem je významné/zajímavé?
Volba tématiky úzce souvisí s výše popsaným. Neplanární chirální molekuly, které obsahují mobilní pi-elektrony a tzv. konjugované násobné vazby, jsou velice zajímavé objekty ke zkoumání. Nutno říct, že rozhodně nejsou dostatečně probádané. V poslední době dokonce nastal boom vědeckých článků, které touto tématikou zabývají.
Čím je to způsobené?
Pro jejich laboratorní přípravu je nutno použít mnohdy velmi sofistikované postupy a reakce, které donedávna nebyly buď vůbec známé, nebo byly obtížně proveditelné. Co nám studium těchto látek může přinést? Uvedené molekuly mají značný potenciál pro využití v molekulárních zařízeních, jejichž funkce je založena na transportu náboje a spinu. Protože jsou chirální, může se u nich uplatnit tzv. CISS efekt (chiralitou indukovaná spinová selektivita), který popsal roku 1999 Ron Naaman z Weizmannova institutu v Izraeli. Spontánní polarizace spinu procházejících elektronů (bez přítomnosti vnějšího magnetického pole) pak může vést ke spinové filtraci. Chiralita prostředí tedy ovlivňuje průchod elektronů v závislosti na jejich spinu. Tento jev je známý u ferromagnetických materiálů, avšak u organických látek nebo biomolekul byl až do nedávna přehlížen. CISS efekt může být důležitý také pro rozvoj nastupujících technologií, např. organické spintroniky. Pro studium tohoto jevu, ale nejen proto, je potřeba mít k dispozici vhodné chirální látky, jakými jsou například „superchirální“ heliceny s pi-elektrony a šroubovicovým uspořádáním. Snadno si popsaný tvar můžeme představit jako točité schodiště nebo závit šroubu. Heliceny i zmíněné makroobjekty se vyznačují helicitou, tj. jejich tvar se stáčí při pohledu od pozorovatele ve směru hodinových ručiček (P) nebo proti tomuto směru (M).
Co bylo cílem projektu?
Položili jsme si otázku, kam až můžeme jít s délkou helicenů, jejichž všechny molekuly budou identické kopie. Heliceny jsou tvořeny těsně spojenými benzenovými kruhy, kterých obsahují obvykle pět až sedm. A nás zajímalo: jsme schopni pospojovat víc kruhů, devět, jedenáct, sedmnáct …. ? Z literatury jsme mohli čerpat inspiraci, neboť japonští vědci Murase a Fujita připravili nedávno helicen skládající se ze šestnácti benzenových jader. Problémem bylo, že klíčová reakce, násobná fotodehydrocyklizace, vedla pouze k velmi malému výtěžku kýženého dlouhého helicenu (7%). Rozhodli jsme se tedy jít jinou cestou a naši strategii vystavět na originálním přístupu k helicenům, který jsme poprvé publikovali v roce 1997.
Výsledky projektu „Rozsáhlé neplanárních aromatické systémy: vývoj nových funkčních materiálů“ si získaly pozornost také v zahraničních časopisech.
V čem spočíval váš postup?
V tom, že v jediném syntetickém kroku vybudujeme celou šroubovici řízeným svinutím lineárního prekurzoru za přispění kovového katalyzátoru (komplexu kobaltu). Cyklizace, která může probíhat v rámci jedné molekuly až čtyřnásobně, uvolňuje do okolí docela velkou energii. Této skutečnosti lze pak s výhodou využít pro přípravu molekul s vnitřním pnutím, jako jsou vyšší heliceny. Tímto postupem se nám skutečně podařilo připravit látky skládající se z devíti, jedenácti i sedmnácti kruhů. To nám dodalo kuráž a pokusili jsme se připravit helicen s devatenácti kruhy, nonadekaoxahelicen. Uspěli jsme i v tomto případě a získali jsme jej ve výtěžku téměř 50 %. Šroubovice vznikla tak, že jsme v průběhu jedné reakce vytvořili dvanáct vazeb uhlík-uhlík a zároveň uzavřeli dvanáct nových kruhů. Byli jsme též schopni předpovědět pomocí kvantově chemických výpočtů smysl stočení helixu v případě asymetrické syntézy nonadekaoxahelicenu. Zde jsme aplikovali metodu diastereoselektivní syntézy, kterou jsme vyvinuli dříve. Výsledná šroubovice má celkem tři závity a je 1.4 nm dlouhá. Jedná se o dosud nejdelší helicen, který byl kdy připraven. V našem týmu se také věnujeme měření vodivosti jednotlivých molekul. Za tímto účelem jsme vyvinuli vlastní měřící zařízení, které využívá metodu „break-junction“, v překladu metodu „přerušeného můstku“, ale tento český název se moc nepoužívá.
O co se přesně jedná?
Princip je z literatury znám, přičemž jsou běžné dvě varianty: mechanicky kontrolované zařízení „break-junction“ nebo zařízení na principu skenovacího tunelovacího mikroskopu. V našem týmu teď využíváme oba typy přístroje. Princip metody „break-junction“ je jednoduchý: tenký zlatý drátek se mechanicky vytahuje až do formy jednoatomárního řetízku, který se v určitý okamžik přetrhne (odtud pochází název metody „break-junction“). Díky vysoké plasticitě zlata lze tento proces opakovat vícekrát za vteřinu, čímž se neustále obnovuje systém zlatých nanoelektrod, které mohou být ve statisticky významném počtu případů přemostěny právě jednou zkoumanou molekulou. Potom lze měřit tunelovací proud procházející molekulou a spočítat její vodivost na základě velkého objemu naměřených dat. Pro představu: u derivátu nonahelicenu, který se skládá z devíti kruhů a jehož šroubovice je na obou koncích opatřena dusíkovými kotvícími skupinami, se jedná o vodivost 8.8 x 10-4 G/G0 (G je vodivost zkoumané molekuly a G0 vodivost jednoatomárního zlatého drátku). Molekulou tak při napětí 0.1 V protéká proud ca 8 nA. Výsledky jsme publikovali v prestižním mezinárodním časopise Angewandte Chemie International Edition.
K tomu, aby bylo možné měřit tak malé proudy, je třeba zkonstruovat velmi citlivé zařízení, které dokáže rychle a přesně měřit napětí v rozsahu alespoň osmi řádů, a to mnohokrát za vteřinu. Naštěstí máme v našem týmu vedeném Dr. Ivem Starým skvělé kolegy, jmenovitě Dr. Jaroslava Vacka, který věnoval vývoji zařízení „break-junction“ a způsobu zpracování obrovského objemu naměřených dat nemalé úsilí, spoustu času i energie. Později se k němu přidal Ph.D. student Jindřich Nejedlý, který nejprve připravil potřebné šroubovicové molekuly, aby poté s nimi uskutečnil měření vodivosti. Tým ještě doplnil Dr. Ladislav Sieger, který nám pomáhá s návrhy elektronických obvodů a vývojem celého zařízení. Před časem jsme začali spolupracovat také s prof. Josefem Zichou z pražského ČVUT, který navrhuje mechanickou část našich zařízení. Výčet by nebyl úplný bez teplické firmy BMD, která se specializuje na výrobu unikátních měřících přístrojů. Společně jsme vyvinuli např. pružný kloub nutný pro precizní měření. Je to klíčová komponenta zařízení a zároveň něco, co je výtvarně krásné. Osobně si vychutnávám ty okamžiky, kdy se všichni sejdeme nad plány další generace přístroje a živě diskutujeme, co a jak řešit.
K jakým dalším výsledkům jste se dopracovali?
K dalším výsledkům, které se nám podařilo dosáhnou v průběhu řešení grantu patří ty, ke kterým jsme dospěli v rámci plodné spolupráce s týmem Dr. Pavla Jelínka z Fyzikálního ústavu AV, které si velice vážíme a která trvá již několik let. Náš kolega, Ph.D. student Jiří Klívar připravil aromatický azid (se skupinou -N3), který pak Dr. Oleksander Stetsovych a Dr. Martin Švec z FÚ napařili na povrch stříbra za podmínek velmi vysokého vakua (blízkému tomu, které se nalézá v meziplanetárním prostoru, 10-10 bar). Vzorek azidu zahřáli, aby proběhla chemická transformace, a poté zobrazovali jednotlivé produkty a jejich komplexy pomocí skenovací tunelovací mikroskopie (STM) a bezkontaktní mikroskopie atomárních sil (nc-AFM) při teplotě blízké absolutní nule (asi -269 OC, které se dá dosáhnout chlazením mikroskopu kapalným heliem). Určili jsme, k jakým chemickým reakcím na úrovni jednotlivých molekul došlo a popsali jsme reaktivitu azidové skupiny na povrchu stříbra. Naše pozorování jsme podpořili kvantově chemickými výpočty struktury meziproduktů i konečných produktů reakce. I tyto výsledky jsme publikovali v prestižním mezinárodním časopise Angewandte Chemie International Edition.
Jsou zjištěné informace nějak využitelné v praxi?
Náš tým z ÚOCHB spolu s kolegovy z FÚ se zabývá převážně základním výzkumem, kdy se snažíme pochopit fungování okolního světa na atomární úrovni. Úkolem základního výzkumu je získávat fundamentální informace o světě, ve kterém žijeme, a budovat solidní a široké základy našeho poznání. Teprve poté při spojení vědomostí, fantazie a konkrétního nápadu může dojít k využití výsledků základního výzkumu, což lze doložit množstvím příkladů z nedávné i poněkud vzdálenější doby. Obecně pak platí, že poznání v konečném důsledku produkuje peníze, aby jejich část zase produkovala nové poznání. Neboli, naše výsledky jsou zajímavé z hlediska rozšíření poznání v oblastech, které zatím příliš zmapované nemáme.
Například teď víme, jak připravit molekuly pro možné budoucí aplikace za použití speciálních přístrojů, jako je např. průtokový reaktor, kdy by klasické provedení ve skleněné baňce k úspěchu nevedlo. Dále je vysoce aktuální zkoumat chemické a fyzikální děje na úrovni jednotlivých molekul za podmínek, které byly ještě před nedávnem považovány za neproveditelné a jako z říše snů. Díky rozvoji metodiky je nyní možné zkoumat i tyto procesy a například měřit vodivost jednotlivých molekul pomocí „trochu lepšího“ voltmetru. Vědomosti tohoto typu se nám v budoucnosti mohou velmi hodit; zkusme si jen uvědomit, kolik klíčových procesů v okolním světě je spojeno s transportem elektronů skrze organické molekuly. Stejně tak studium reaktivity a sledování přeměn organických látek je nyní možné uskutečnit na úrovni jedné molekuly a nikoli v souboru miliardy miliard molekul, jak se běžně děje v chemické laboratoři při reakci v baňce. Jedná o zcela unikátní přístup: jako bychom chemickou reakci prováděli vně kosmické lodi ve vesmírném prostoru bez rušivého vlivu nečistot a rozpouštědel.
Jak si projekt vedl, co se týká citovanosti v odborných časopisech?
Výsledky projektu jsme publikovali v 6 článcích v předních recenzovaných mezinárodních časopisech: dva články jsme uveřejnili v Angew. Chem. Int. Ed. (Impact Factor IP 12,257), po jednom v Chem. Sci. (IP 9,556) či Chem. Eur. J. (IP 5,160), J. Org. Chem. (IP 4,805) a Eur. J. Org. Chem. (IP 3,029). Celkem zatím mají již přes šedesát citací. Zároveň byl článek o přípravě a vlastnostech extrémně dlouhých helicenů zařazen mezinárodním panelem hodnotitelů mezi nejlepší výsledky roku na našem ústavu.
Budete zjištěné informace dále rozvíjet/zkoumat? Na čem zajímavém aktuálně pracujete a co plánujete?
Řešení projektu ukázalo, že daná oblast výzkumu je velice široká a perspektivní. Na základě získaných výsledků jsme se rozhodli dát dohromady další projekt, který řešíme teď a který jde mnohem dále v zaměření na jednotlivé molekuly a jejich vlastnosti: studujeme samoskladbu rozsáhlých aromatických systémů metodami hrotové skenovací mikroskopie (STM, AFM), věnujeme se chiroptickým vlastnostem těchto unikátních látek jakož i transportu náboje přes tyto chirální aromatické systémy. Do budoucna bychom rádi zaměřili svůj zájem na CISS efekt a jeho využití v chemii a fyzice v rámci studia netriviálních aromatických systémů, tak, jak jsem ho stručně zmínila za začátku rozhovoru.
Na úvodní fotce je projektový tým RNDr. Ireny G. Staré, CSc.
Mezi projekty, které Grantová agentura České republiky vyhodnotila jako vynikající, patří i nedávno ukončený projekt řešitele Dr. Martina Friáka z Ústavu fyziky materiálů AV ČR v Brně a spoluřešitelky doc. Vilmy Buršíkové z Masarykovy univerzity v Brně nazvaný „Teorií vedený vývoj nových superslitin na bázi Fe-Al“.
Cílem projektu bylo prohloubit naše znalosti týkající se magnetických materiálů obsahujících železo a hliník. Motivací k výzkumu byla (vedle zvídavosti všech účastníků projektu) zejména rostoucí poptávka po nových magnetických materiálech. Ty si našly cestu do celé řady výrobků kolem nás, od mobilních telefonů a elektromobilů až po tak komplikovaná průmyslová zařízení jako jsou větrné elektrárny. Problémem většiny silnějších magnetů je, že obsahují tzv. vzácné zeminy, jejichž těžba a následné zpracování mají velmi negativní ekologický dopad. Zmíněný projekt nabízí nový přístup při vývoji magnetických materiálů, které vzácné zeminy neobsahují.
Část řešitelského týmu (zleva: doc. Vilma Buršíková, Dr. Yvonna Jirásková, Dr. Jan Fikar, Dr. Martin Friák, Dr. Petr Dymáček a Dr. Ferdinand Dobeš). Foto doc. Jan Klusák z ÚFM AV ČR.
Jaká byla vaše motivace pro zkoumání právě magnetických materiálů?
V současné době se jedná o velmi aktivní oblast výzkumu vzhledem k rostoucí důležitosti magnetů, které jsou součástí například mnoha elektromotorů. V případě našeho projektu jsme hledali cesty, jak stávající magnety při zachování jejich chemického složení dále vylepšit. Silnější magnet znamená, že jej můžete při zachování funkčnosti zmenšit. To znamená úsporu váhy, což např. u elektromobilu může prodloužit jeho dojezdovou vzdálenost. Abychom mohli magnetické vlastnosti posílit, chtěli jsme nejdříve lépe porozumět souvislostí mezi magnetismem a strukturou materiálů.
O jaké struktuře konkrétně mluvíme?
My jsme se vydali až na úroveň atomů. Námi zkoumané kovové materiály měly krystalickou strukturu, podobně jako se s ní denně setkáváme např. u kuchyňské soli. V každém zrnku jsou atomy rozmístěny v prostoru geometricky pravidelně ve stejných vzdálenostech a tvoří uzly třírozměrné krystalové mříže. Krystalky v našich vzorcích byly ale menší, než je běžné u kuchyňské soli, a navíc spojené v jeden kompaktní celek.
A kde tam můžeme narazit na nepořádek?
Vedle oné geometrické pravidelnosti v rozmístění atomů v prostoru je velmi důležité, jaké atomy a jak přesně jsou v mříži umístěny. V našem případě to byly vedle atomů železa také atomy hliníku nebo dalších kovů. Atomy různých chemických prvků mohou být rozmístěny buď pravidelně, nebo bez nějakého systému. Pokud bychom si jako přirovnání vybrali šachovnici s tím, že černá a bílá pole by reprezentovala dva chemicky odlišné druhy atomů, pak by běžná šachovnice byla příkladem jednoho z pravidelných rozmístění. Ale můžeme si i představit, že by někdo vzal černou a bílou barvu a pole na šachovnici nějak náhodně přebarvil při zachování jejich poměru (polovina bílých a polovina černých), my bychom řekli koncentrace. Bílá pole by pak v takovém chaosu někde sousedila svými hranami nejen s poli černými, jak je obvyklé, ale i s bílými, což se na normální šachovnici nestává.
Jak by mohl nepořádek posílit magnetismus?
Magnetismus jednotlivých atomů popisuje veličina zvaná magnetický moment. Atomy železa ho mají mnohem větší než hliník, který je téměř nemagnetický. Pro nás bylo klíčové, že pokud nějaký atom železa obklopíte atomy hliníku, sníží se tím magnetický moment i tomu atomu železa. Vzhledem k tomu, že takové uspořádání atomů železa a hliníku snižuje jejich energii, což má příroda velmi ráda, je zde přirozená (termodynamická) tendence takto obklopit pokud možno všechny atomy železa. Magnetické vlastnosti jsou pak špatné i na makroskopické úrovni celého vzorku. Naším cílem bylo porušit toto dokonalé obklopení a magnetický moment atomů železa zvýšit. A zde nám právě pomohl nepořádek. V krystalech se přirozeně vyskytují různé druhy defektů, které narušují ono dokonalé obklopení např. tím, že se celá rovina atomů o jedno místo v krystalu posune. Tím umožní, že jsou alespoň některé atomy železa obklopeny jinými atomy železa, což jim všem zvýší magnetický moment a magnetické vlastnosti se zlepšují. Ale cenou je nárůst energie, který nesmí být moc velký. Náš výzkum se tedy soustředil na různé druhy defektů. Tam, kde na jejich zkoumání na atomární úrovni nestačilo rozlišení experimentálních metod, pomohli jsme si simulacemi na superpočítačích.
Víme dobře, že naše práce je výzkum základní, který má k aplikacím zatím daleko, ale ukázali jsme na novou cestu při přípravě silnějších magnetů a doufáme, že na něj v budoucnu někdo úspěšně naváže výzkumem aplikovaným a následným uplatněním v praxi. Foto doc. Jan Klusák z ÚFM AV ČR.
A jak moc se zvýší magnetismus krystalu s defekty?
Naše výpočty v případě jedné ze zkoumaných slitin železa, hliníku a titanu ukázaly, že magnetický moment se může zvýšit až o 140 %, což už je opravdu hodně. Jsme moc rádi, že jsme na takové možnosti zlepšení přišli a upozornili na ně. Využití tohoto jevu už ale není problém pro náš základní výzkum, ale spíše pro výzkum aplikovaný, kdy by se při výrobě magnetů defekty např. cíleně a kontrolovaně vytvářely. Doufáme, že na naši práci v budoucnu někdo úspěšně naváže, ale to je už úkol pro trošku jiný řešitelský tým.
Váš tým byl ale docela velký a pestrý už i teď, že?
Ano, to je pravda. Chtěli jsme se vyhnout situaci, kdy základní výzkum předpoví materiál s velmi slibnými vlastnostmi, ale následně se ukáže, že je např. tak křehký, že se z něj nedá nic vyrobit. Proto se náš tým skládal i z odborníků, kteří mechanické vlastnosti testovali nejen při pokojové teplotě (doc. Vilma Buršíková), ale také při teplotách vyšších (Dr. Ferdinand Dobeš a Dr. Petr Dymáček). K expertům na teoretické modelování (Dr. Petr Šesták, Dr. Jan Fikar, doc. Jiří Šremr a doc. Luděk Nechvátal) a měření magnetismu (Dr. Yvonna Jirásková) jsme také přizvali odborníky na termodynamiku (doc. Jana Pavlů) a další, kteří se věnují zjišťování struktury materiálů (Dr. Naděžda Pizúrová), abychom přesně věděli, co naše vzorky obsahují. Moje mnohaletá zkušenost z pobytů ve dvou ústavech Společnosti Maxe Plancka v Německu jasně ukazuje, že pro řešení složitějších problémů jsou takové multidisciplinární týmy téměř nutností. Navíc jsme spolupracovali s řadou zahraničních vědců v Německu, Rakousku a na Slovensku. Tím se podařilo vytvořit velmi inspirativní atmosféru mezinárodní vědecké spolupráce nejen pro nás, ale v průběhu let také pro celou řadu spolupracujících studentů (Bc. Anton Slávik, Bc. Miroslav Golian, Bc. Vojtěch Homola, Bc. František Zažímal, Bc. Tomáš Číž a Bc. Petr Skopal) a studentek (Bc. Ivana Miháliková, Mgr. Sabina Kovaříková Oweis, Mgr. Martina Mazalová, Mgr. et Bc. Nikola Koutná, Bc. Lenka Knoflíčková). Všem svým spolupracovníkům a spolupracovnicím, kteří se na výzkumu podíleli, bych chtěl tímto moc poděkovat za jejich vynikající práci!
Na úvodním obrázku: Když nestačilo rozlišení experimentálních metod, pomohli jsme si při našem zkoumání materiálů simulacemi na superpočítačích. Foto doc. Jan Klusák z ÚFM AV ČR.
Jako vynikající byl Grantovou agenturou České republiky ohodnocen výzkum zabývající se zlepšením vlastností jemnozrnné pokročilé keramiky při použití studené plazmy. Pod vedením profesora Karla Maci se na něm podílela skupina odborníků z CEITEC VUT i z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Základní tříletý výzkum objevil zcela nové souvislosti a výzkumníci by proto rádi navázali na dosavadní úspěch dalšími projekty.
Ačkoliv od sebe výzkumná skupina Pokročilé keramické materiály z CEITEC VUT a oddělení Aplikované plazmochemie PřF MU sídlí asi pět kilometrů, odborníci z obou týmů se potkali až před pár lety v Trenčíně. „Seznámili jsme se na schůzce mezinárodního projektu na Slovensku a zjistili jsme, že tým z Masarykovy univerzity umí a aplikuje na plasty novou technologii ovlivňování povrchu látek. Napadlo nás, že bychom mohli vyzkoušet, co to udělá s výslednými vlastnostmi keramického produktu. Udělali jsme pár prvotních experimentů, a protože se zdálo, že to funguje, rozhodli jsme se společně podat projekt,“ popsal začátek hlavní koordinátor projektu Karel Maca z CEITEC VUT.
Konkrétně se jednalo o tříletý projekt pod záštitou Grantové agentury ČR s názvem Fyzikální aktivace povrchu keramických částic jako nástroj pro zlepšení vlastností jemnozrnné pokročilé keramiky řešený v letech 2017-2019. Tým z Aplikované plazmochemie nejprve řešil, jak jemné prášky, které jsou nutné k výrobě pokročilé keramiky, dát do kontaktu s výbojovou plazmou. „Následně jsme pak řešili, jak charakterizovat změny, ke kterým na částicích dochází. Nevěděli jsme totiž, co plazma s jemnými prášky udělá. A standardní techniky jako infračervená spektroskopie se v tomto případě ukázaly jako nevhodné. Jako velmi užitečné se však ukázaly termoluminiscence a termální desorpční spektroskopie,“ popsal docent Jozef Ráheľ z Masarykovy univerzity.
Odborníci z CEITEC VUT následně modifikované částice využívali v kombinaci s klasickými i moderními keramickými technologiemi a zkoumali případné přínosy tohoto zatím nevyzkoušeného postupu. Část výzkumu byla pod vedením doktora Daniela Drdlíka věnována experimentům s elektroforetickou depozicí keramických částic. „Ukázalo se, že díky povrchové úpravě částic dokážeme eliminovat některé nutné složky v používaných suspenzích, které mohou být ze své podstaty nevhodné pro životní prostředí. Zjistili jsme také, že elektroforéza může sloužit jako diagnostický nástroj zkoumání míry ovlivnění částic. Byli jsme schopni díky tomu stanovit, kolik částic bylo plazmou opracováno,“ upřesnil zaměření Daniel Drdlík s tím, že toto zjištění může zpětně vést k úpravě designu technologie plazmování.
Další skupina výzkumníků a studentů pod vedením doktora Václava Pouchlého zkoušela, jak se bude keramika chovat během vysokoteplotního výpalu. „Zjistili jsme, že když upravíme povrch částic, materiál se při vypalování chová jinak. Konkrétně při vypálení na běžnou teplotu dosahoval lepších vlastností. Jinými slovy, abychom dosáhli standardních vlastností keramiky, stačilo nám vypalovat na nižší teploty, což je samozřejmě ekonomicky a energeticky výhodné,“ přiblížil Václav Pouchlý.
Výstupem rozsáhlého projektu, do kterého byla zapojena i řada studentů VUT a Masarykovy univerzity, je mimo jiné i deset publikací. Ty byly odbornou komunitou oceněny zejména pro zcela nová zjištění i postupy. „Nejdůležitější, co celý projekt ukázal, je skutečnost, že i malá změna povrchových vlastností dokáže přinést makroskopický efekt. S tímto poznatkem nyní pracujeme dále,“ uzavřel Karel Maca. Výzkumníci už proto podali žádost o navazující projekt a doufají, že budou své poznatky moci rozvinout ještě více.
Na fotce zleva: doc. Jozef Ráheľ, dr. Václav Pouchlý, prof. Karel Maca, dr. Daniel Drdlík
Jeden z projektů hodnocený Grantovou agenturou České republiky stupněm vynikající je projekt Kinetika ukládání vodíku v nových komplexních hydridech typu (Mg-Ni-M-S)-H.
Projekt vedený Jiřím Čermákem z Ústavu fyziky materiálů AV ČR Brno byl koncipován jako příspěvek prohlubující současný stav poznání ve velmi živé vědecké oblasti s mimořádně velkým společenským a aplikačním potenciálem. Jedná se o nalezení způsobu, jak efektivně, bezpečně a levně ukládat a transportovat energii ve formě potenciální chemické energie vodíku. Vyřešení tohoto problému může zásadním způsobem ovlivnit rozvoj tzv. vodíkové energetiky, která bude šetrná k životnímu prostředí a umožní řadu technických aplikací. Výstupem projektu bylo pět velmi kvalitních publikací v renomovaných mezinárodních časopisech a výsledky byly prezentovány na šesti mezinárodních konferencích.
Proč jste se rozhodli věnovat v projektu právě tomuto tématu?
Byla to především velká společenská výzva. I laická veřejnost vnímá zprávy o sestrojení dopravních prostředků a jiných zařízení na „vodíkový pohon“. Zdůrazňují se přitom především ekologická hlediska: odpadním produktem přeměny energie uložené ve vodíku je totiž jen vodní pára. Nezanedbatelné hledisko je také prakticky nevyčerpatelný zdroj vodíku na Zemi, který se vlastně ve „vodíkovém energetickém cyklu“ stále obnovuje. Co se týká dnešního stavu techniky, ve zmíněných zařízeních je vodík uložen buď v tlakových kontejnerech, nebo v kapalné formě. Žádný z obou způsobů uložení není ani bezpečný, ani levný. Náš projekt se zabýval ukládáním vodíku v pevných látkách – v podobě hydridů. Pro laika je obvykle velkým překvapením, že tímto způsobem lze uložit více vodíku, než zabere stejný objem vodíku zkapalněného. Přitom odpadají rizika a řada nevýhod obou dosavadních způsobů ukládání.
Jak byste laické veřejnosti vysvětlili, co bylo jádrem vašeho výzkumu?
Pokud bychom se přidrželi příkladu aplikace vodíkového pohonu v dopravních prostředcích, tak bychom mohli říci, že projekt podstatně přispěl k řešení problému bezpečné a efektivní nádrže na palivo.
Můžete nám více přiblížit, co přesně jste v projektu zkoumali?
Hledali jsme nové materiály, které dokážou pojmout co nejvíce vodíku, a pak jej také snadno uvolnit. To znamená, že jejich pracovní tlak a teplota jsou co nejblíže požadavkům technické praxe. Je známo, že jedním z prvků, které pojmou hodně vodíku je hořčík. Proto jsme se soustředili na komplexní hydridy, jejichž hlavní složkou je právě tento prvek. Zkoumali jsme vhodné způsoby přípravy úložného média a vliv katalýzy vybranými přísadami na sorpční proces. Testovali jsme postupně vliv řady přísad a různých struktur média.
Jak projekt zapadá do vaší profesní koncepce?
Projekt není výsledkem našeho krátkodobého zájmu o tuto problematiku. Ukládáním vodíku v pevných látkách se náš malý tým systematicky zabývá již velmi dlouho. V letech 2007 a 2009 jsme získali podporu GAČR (projekt 106/07/0010 – Difúze vodíku v Mg-Ni slitinách modifikovaných vybranými prvky potlačujícími stabilitu hydridů a projekt 106/09/0814 – Kinetika desorpce vodíku v intermetaliku Mg2Ni-H modifikovaném vybranými intersticiálními elementy). V r. 2009 nám byla udělena Cena AV ČR za kolekci prací nazvanou „Hydrogen storage“ a v r. 2011 jsme dosáhli patentového krytí jedné naší úspěšné slitiny. Výrazným rysem našich profesních aktivit je tedy kontinuita. Ze zkušeností jsme čerpali i při řešení tohoto projektu. Za zmínku také stojí fakt, že jeden z publikačních výstupů projektu byl vyhodnocen mezinárodní výběrovou komisí AIE (Advances In Engineering – viz web „https://advances ENG.com“) jako „článek klíčového významu řadící se k excelentním výsledkům vědy“. Komentář k článku i celý text byl vystaven v sérii AIG, což je prestižní a velmi viditelné místo jak pro akademickou, tak i pro technickou odbornou veřejnost.
Co bylo při řešení v projektu nejnáročnější?
Nejobtížnějším na tomto projektu, ale na celé této problematice je obecně její vázaný mnohaparametrový charakter. Technických požadavků na vlastnosti sorpčního média je celá řada. Významnou je rovněž přijatelná materiálová a výrobní cena. Stručně vyjádřeno, hlavní obtíž spočívá v tom, že zlepšení jednoho z parametrů je dosaženo za cenu zhoršení jiného, nebo hned několika dalších. Například dosažení termodynamicky snadnějšího uvolnění uloženého vodíku je většinou spojeno s nežádoucí redukcí sorpční kapacity. Velkým úspěchem je proto nalezení současného zlepšení alespoň dvou charakteristik sorpčního média.
Bude možné získané poznatky využít v praxi?
Ano. Jde o základní materiálový výzkum, ale v tomto případě silně orientovaný na aplikační požadavky. Je však správné na tomto místě poznamenat, že reálné využití výsledků projektu v praxi je podmíněno zvládnutím dalších článků energetického řetězce (zvýšení účinnosti palivových článků, nalezení ekologicky přijatelné výroby samotného vodíku aj.). To je však mimo rámec tohoto projektu.
Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány?
Hledáme další vhodné slitiny a dosud nevyužité způsoby katalýzy sorpce vodíku. V nejbližší době se chceme zaměřit na sorpční vlastnosti některých vybraných HEA slitin (High Entropy Alloys – mnohakomponentní materiály, vyvinuté původně pro jiné účely, ale s předpokladem perspektivních sorpčních vlastností).
Mohl byste krátce popsat váš řešitelský tým a zázemí?
Jsme malý, ale efektivně fungující čtyřčlenný výzkumný tým. Vedení je věcí RNDr. Jiřího Čermáka, ale na vlastní výzkumné činnosti se podílí všichni členové. Ing. L. Král, PhD. je vynikající expert v oblasti elektronové mikroskopie, doménou Ing. P. Roupcové, PhD. jsou studie metodou XRD. Ing. T. Káňa, PhD. prováděl výpočty ab initio. Všichni členové týmu jsou kmenoví zaměstnanci ÚFM AV ČR Brno, ale kromě vlastní laboratoře využíváme i přístupu na experimentální zařízení CEITEC VUT Brno. Velmi si ceníme účinné podpory Grantové Agentury České republiky. Zvláštní zmínku rádi věnujeme podpoře našeho pracoviště, které vytváří dobré podmínky pro řešení kvalitních projektů základního výzkumu.
Na fotografii zleva: L. Král, T. Káňa, J. Čermák, P. Roupcová
Autor textu: Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i.
Abychom poskytli co nejlepší služby, používáme k ukládání a/nebo přístupu k informacím o zařízení, technologie jako jsou soubory cookies. Souhlas s těmito technologiemi nám umožní zpracovávat údaje, jako je chování při procházení nebo jedinečná ID na tomto webu. Nesouhlas nebo odvolání souhlasu může nepříznivě ovlivnit určité vlastnosti a funkce.
Funkční
Vždy aktivní
Technické uložení nebo přístup je nezbytně nutný pro legitimní účel umožnění použití konkrétní služby, kterou si odběratel nebo uživatel výslovně vyžádal, nebo pouze za účelem provedení přenosu sdělení prostřednictvím sítě elektronických komunikací.
Předvolby
Technické uložení nebo přístup je nezbytný pro legitimní účel ukládání preferencí, které nejsou požadovány odběratelem nebo uživatelem.
Statistiky
Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro statistické účely.Technické uložení nebo přístup, který se používá výhradně pro anonymní statistické účely. Bez předvolání, dobrovolného plnění ze strany vašeho Poskytovatele internetových služeb nebo dalších záznamů od třetí strany nelze informace, uložené nebo získané pouze pro tento účel, obvykle použít k vaší identifikaci.
Marketing
Technické uložení nebo přístup je nutný k vytvoření uživatelských profilů za účelem zasílání reklamy nebo sledování uživatele na webových stránkách nebo několika webových stránkách pro podobné marketingové účely.
Mezinárodní konference k 60. jubileu prof. Schulmanna na zámku Třešť u Jihlavy, 2018
Mongolská Gobi – obvyklé napajedlo velbloudů
Geologická exkurze v rámci mezinárodní konference POCEEL v létě roku 1999
Udělení Ceny Františka Běhounka, Senát PČR, 2018Prof. RNDr. Karel Schulmann, CSc.
Prof. Ing. Aleš Růžička, Ph.D., se narodil v roce 1974, vystudoval inženýrský, a poté i doktorský program Anorganická a bioanorganická chemie na VŠChT a na Univerzitě Pardubice, oba pod vedením prof. Jaroslava Holečka. Postdoktorskou stáž v rámci Royal Society/NATO fellowship strávil u prof. Michaela F. Lapperta na Sussex University v Brightonu v roce 2003. V dalších letech vykonal krátkodobé pobyty a přednášel na zahraničních univerzitách (Dijon, Zaragoza, Brusel, Saitama, Zürich, Chemnitz, Graz a KIT Karlsruhe). V rámci svých pedagogických povinností vede kurzy přednášek o aspektech organokovové chemie, pokročilé anorganické chemie, NMR spektroskopie a krystalografie. Podílí se na pořádání řady mezinárodních konferencí, mimo jiných je členem Vědecké rady AV ČR a Učené společnosti ČR.
Claire Madl, Ph.D. 
Prof. RNDr. Jaroslav Peregrin, CSc. je český logik a analytický filosof, jedním z průkopníků propagace analytické filosofie a filosofie jazyka v českém prostředí. Vystudoval Matematicko-fyzikální fakultu University Karlovy. Působí ve Filozofickém ústavu Akademie věd ČR a je profesorem na Filozofické fakultě Univerzity Hradec Králové. Je autorem řady odborných i populárních publikací, mezi nimi například Co je nového v logice, Filosofie a normální lidi, Logika 20. století: mezi filosofií a logikou, Filosofie a jazyk.
